JPH081279Y2 - 荷役用バランサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は荷物のXY方向（水平方向）への移動を手動式
とし、上下方向（Ｚ方向）への移動にトルクモータを利
用した荷役用バランサの改良に関する。

〔従来の技術〕

トルクモータを利用した従来の荷役用バランサは、ア
ームを昇降動させるトルクモータ速度を制御すると共
に、荷物の重量に見合ったトルクで平衡をとりながら荷
物をアームの運動範囲内で移動させることができるよう
にしたものである。而して、この種の荷役バランサは、
荷物のパレタイズやデパレタイズなどの運搬作業や加工
機械に着脱される治具や器具の搬送などに利用されるた
め、あらゆる移動位置で、荷物に対して平衡状態を保持
させること、荷物に対して搬送位置への位置決めが容易
であることが要求されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の荷役用バランサは、作業者の僅
かな力でも、感覚通りに荷物を持ち上げて移動できるよ
うな配慮がなされているため、搬送位置が一定であるよ
うな作業に用いる場合には、手動操作でアームを位置決
めする煩わしさから逃れることができないという問題点
があった。

また、従来の荷役用バランサを生産ラインや組み立て
ラインの一部に設けたような場合、前後のラインや機器
との間での情報交換手段を全く備えていないため、シス
テム的な動作は不可能であった。

本考案の目的は、アームの速度制御や荷物交換の際の
アーム停止位置の制御を、任意に且つ容易に行うことが
でき種々の作業に対しても、その都度対応させることが
できる荷役用バランサを提供することにある。また本考
案の別の目的は外部との情報交換によってシステム的に
動作可能な荷役用バランサを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するための手段として本考案の荷役用
バランサは、荷物を移動するためのアームをトルクモー
タで昇降させる形式を持ち、 前記アームの駆動部は、前記トルクモータによって正
逆転駆動されるスクリューナットにスクリュー軸を嵌合
して同軸を昇降する構造とされ、 また、前記アームは、スクリュー軸に支えられて昇降
する構造とされ、 更に、トルクモータの回転数、回転方向、及びそれら
の遷移状態を取得し、これらに基づいてアームの高さ位
置と昇降速度を演算し、その演算結果を参照しながらCP
Uの動作プログラムに基づいて、アームの昇降速度、ア
ームの昇降停止、並びに停止されるアームの降下制御
を、トルクモータのに対するトルク制御で行う制御部を
設けた構成を採っている。

また、前記制御部に、外部機器と情報交換を行うため
の外部インタフェースを含める。

〔作用〕

アームの昇降動を指示するポテンショメータなどを介
して、トルクモータの駆動指令信号が出されると、制御
部は位相制御回路などを介して、その指令に応じた電圧
をトルクモータに与えてアームを昇降させる。このと
き、トルクモータの回転数や回転方式を例えばその回転
に応じてパルスを発生するパルスジェネレータの出力パ
ルスに基づいて計測し、制御部はこの計測データに基づ
いてアームの昇降速度を安定させるようにトルクモータ
を駆動制御する。

ポテンショメータを中立位置に戻すと、駆動樹脂信号
はアームの昇降動の停止を指令する。このとき、制御部
は、その停止信号とトルクモータの回転数及び回転方向
の計測結果に基づいて、昇降停止が指令されたときの高
さ位置にアームが留まるようにトルクモータを制御す
る。

また、前記制御部は、トルクモータの回転数と回転方
向の遷移状態を取得しており、例えば前記パルスジェネ
レータの出力パルスによって計測される正方向回転数と
逆方向回転数との差の回転数を取得し、取得した状態が
初期設定した状態に一致するか否かを監視し、一致した
ときに、ポテンショメータの操作状態とは無関係に、ア
ームの昇降停止指令を出して、上記と同様にアームを所
定の高さに保持し、アームを自動的に停止させる。

制御部に設けられた外部インタフェースは、荷役用バ
ランサに対する初期設定データや荷役用バランサの状態
信号などを生産ラインを組み立てラインの集中管理シス
テムとの間でやり取りするときに作用する。

〔実施例〕

第１図には本考案に係る荷役用バランサの一実施例が
示されている。

同図に示される荷役用バランサは、ベース１に立設さ
れた支柱３にベアリング5,5を介して水平回転自在に設
けられていて、第１図の表裏面方向に対設されたサイド
フレーム7,7に、平行リンク機構によって昇降可能なア
ーム９、このアーム９を昇降駆動する駆動部11、該駆動
部11をマイクロコンピュータ制御する制御部13、および
操作部15が設けられている。尚、荷役用バランサは天井
に敷設した軌道をX,Y方向に走る移動台上に回転自在に
設けることもできる。

この荷役用バランサはアーム９の先端部にアタッチメ
ント取り付け部17を備え、ここに、フィンガを備えた抱
え込みハンドやバキューム吸着ハンドなどの荷物支持用
アタッチメント（図示せず）が取り付けられ、作業者は
その荷物支持用アタッチメントの近傍を把持し、アーム
９の旋回操作は人力で、また、アームの昇降移動は操作
部15の操作に従ってマイクロコンピュータ制御で動力駆
動されるようになっている。

前記アーム９は、１本の縦リンク20（第２縦リンクの
一例）を共有する平行四辺形型の第１平行リンク機構21
及び第２平行リンク機構22を含み、サイドフレーム7,7
の左側に構成されている。即ち、第１平行リンク機構21
は１対の横リンク23（第２横リンクの一例）,24（第１
横リンクの一例）と１対の縦リンク20,26（第１縦リン
クの一例）を含み、リンク相互を連結する夫々の節部は
支軸27〜30で枢支されている。また、第２平行リンク機
構22は１対のリンクプレート33,34と１対の縦リンク20,
36を含み夫々の節部は支軸28,37〜39で枢支されてい
る。また、横リンク40と縦リンク41に加えて前記横リン
ク24,およびリンクプレート33の一部を利用して成る第
３平行リンク機構43を備え、該第３平行リンク機構43に
おける各節点は支軸28,44〜46で枢支してある。前記第
２平行リンク機構と共にその第３平行リンク機構は、ア
ームの角度位置にかかわらずリンクプレート34に取付け
られているアタッチメント取付部17の水平を保つように
作用する。サイドフレーム7,7の右側には前記横リンク2
4が突き抜け、その右端にバランスウエイト47が固定さ
れている。

サイドフレーム7,7に対するアーム９の支持構造は、
前記支軸30に軸支したガイドローラ50をサイドフレーム
７の横溝ガイド51とアッパーガイド52で水平移動可能に
支持すると共に、前記支軸45,46の夫々に軸支したガイ
ドローラ53,54をサイドフレーム７の縦溝ガイド55に嵌
入して垂直移動可能に支持するようにされている。

従って、前記リンク機構は、縦リンク41と共にガイド
ローラ53,54を縦溝ガイド55に沿って上下させると、そ
の移動量に応じてガイドローラ50が横溝ガイド51を移動
して、アーム９の昇降位置が決定される。特に第３平行
リンク機構43の作用により、その縦リンク41の向きが縦
溝ガイド55に拘束されて鉛直方向に規制される結果、第
１平行リンク機構21及び第２平行リンク機構22の向きが
如何様に変化しても、リンク33,34の傾きは全く変わら
ず、これにより図示しないアタッチメントで把持した荷
物の傾きはアーム９の昇降動に関係なく、不変で、常に
水平または垂直に保つ。尚、第２図にはアーム９の昇降
動の最大可動範囲が示される。

前記平行リンク形式のアーム９は、支軸30,46,39の中
心が一直線上に配置されていて、支軸29,30,46の中心
（点A,B,C）を３頂点とする三角形と支軸28,39,46の中
心（点C,D,E）を３頂点とする三角形とは相似であり、
また、三角形CFG（点Ｆは、バランスウエイト47の重心
を通ってリンク26に平行な直線と、点C,Bを含む直線と
の交点）も前記三角形と相似である。従って、縦溝ガイ
ド55内のＣ点と横溝ガイド51内のＢ点がその可動範囲内
でどの位置にあっても、長さDC、長さCB、長さBFの比は
一定で、前記Ｄ点に作用する荷物の重量をFd、Ｃ点に作
用する力をFc、Ｂ点に作用する反力をFb、そしてバラン
スウエイト47の重量をFfとすると、Ｃ点回りのモーメン
トとＢ点回りのモーメントの釣合より、 Fd・BD-Fc・CB-Ff・BF＝０ の関係を得ることができ、これを整理すると、 Fc＝Fd・BD/CB-Ff・BF/CB として表される。これにより、荷物の重量Fdが決定され
ればアーム９の昇降位置に拘らず力Fb,Fcは一定にな
る。したがって、荷物の重量Fdに釣り合う力でＣ点を支
えてやればＤ点即ち荷物の高さが如何に変化しても釣合
は維持される。尚、上記説明では理解を容易にするため
にアームの自重を無視し、また荷物の重心がＤ点を通る
ものと仮定している。実際には荷物の形状などによって
も相違するが、アタッチメント取り付け部17の中央近傍
に位置する。

第１図のＣ点即ちリンク41に力Fcを作用してこれを上
下させる前記駆動部11は、その駆動源としてトルクモー
タ60を備えている。このトルクモータ60はサーボ機構に
よく利用され、位相制御などによる駆動電圧の変化にし
たがってトルク並びに速度を可変できる可逆回転可能な
モータであって、且つ静止若しくはそれに近い状態で最
も大きなトルクを発生する。トルクモータ60の可逆回転
はボールスクリュー軸61の上下動に変換され、このボー
ルスクリュー軸61が前記リンク41に接続されている。ボ
ールスクリュー軸61とリンク41との接続は、例えば第３
図のように支軸45に挿通した結合子62にボールスクリュ
ー軸61の上端部を嵌入固定することによって行われてい
る。

前記トルクモータ60は駆動部11の詳細を一例として示
す第４図に示されている。このトルクモータ60は、サイ
ドフレーム７に固定したベースハウジング65の底面側に
取付けられ、そのモータ軸66は、ベースハウジング65の
上に固定したカバーハウジング67の内部に突出してい
る。モータ軸66には原動ギア68をキー69で一体回転可能
に設け、それらに噛合するギア70,71をその両側に配置
して、上下のハウジング65,67で軸支する。ギア70とそ
の支軸73は一体回転し、同支軸73の上端部にディスク74
を固定すると共に、その下方に圧縮コイルスプリング75
の弾発力に抗してソレノイド76の電磁作用で吸着される
可動ディスク77を配置し、両ディスク74,77の間にブレ
ーキパッド79を介在させ、ソレノイド76の消磁時に圧縮
コイルスプリング75の弾発力でブレーキパッド79を固定
ディスク74に押圧して負荷トルクによるモータ軸66の不
所望な回転を抑止する（ブレーキをかける）電磁ブレー
キを構成している。特に、このような電磁ブレーキを設
けておけば、アームを停止させた後トルクモータの駆動
を停止してもアームは降下されず、低消費電力化に寄与
する。

前記ギア71の支軸80に平行にボールスクリューナット
81を固定した中空状のホルダシャフト82をベアリング8
4,85によってカバーハウジング67に回転自在に支持す
る。ホルダシャフト82の下端部には前記ギア71に噛合す
るギア87をキー88で固定し、トルクモータ60の回転をボ
ールスクリューナット81に伝達すことができるようにな
っている。ボールスクリューナット81には前記ボールス
クリュー軸61にねじ嵌合されている。

第４図において、90は、ボールスクリューナット81の
回転方向と回転数を検出するためのパルスジェネレータ
であり、ホルダシャフト82の底面側に固定したディスク
91と、このディスク91の表裏面側に夫々対設された発光
素子92,93と受光素子94,95とから成り、ディスク91上に
は第５図に示したように、その回転中心に対して鋭角を
もって離間した相互に異なる半径上に透過孔96,97が形
成されている。透過孔96,97の回転軌跡上には、前記発
光素子92と受光素子94とからなる検出部と、別の発光素
子93と受光素子95とからなる検出部とが同一半径上に配
置され、透過孔96,97が発光素子92,93と受光素子94,95
との間を通過する毎にパルス信号PULS1,PULS2が発生す
るよう構成されている。ディスク91の回転速度はそのパ
ルス周期から検出可能であり、回転方向はパルス信号PU
LS1,PULS2の位相差から検出可能である。即ち、ディス
ク91が右回転する場合にはパルス信号PULS2の位相が相
対的に進み、左回転の場合にはパルス信号PULS1の位相
が相対的に進み、その位相差からディスク91の回転方向
が検出することができるようになっている。

第６図は前記操作部15及び制御部13を中心にした荷役
用バランサのブロック図である。

前記操作部15は、起動停止スイッチ100、リンクプレ
ート９を昇降させるためのトルク設定用操作レバー10
1、テンキー102、そしてモニタ用ディスプレイ103を有
する。

制御部13は、CPU104を中心に、その動作プログラムや
定数データが格納されたROM（リード・オンリ・メモ
リ）105、CPU104の作業領域若しくはデータの一時記憶
領域などとして利用されるRAM（ランダム・アクセス・
メモリ）106、入力ポート107、外部バスインタフェース
回路108、A/Dコンバータ109、D/Aコンバータ110、タイ
マ・カウンタ111、前記電磁ブレーキを構成するソレノ
イド76の通電用スイッチを制御するパワー増幅回路11
4、および表示用コントローラ112がバス113に共通接続
されて構成されている。

D/Aコンバータ110はトルクモータ60に対する駆動制御
データをアナログ信号に変換し、これを受けるモータド
ライバ120が位相制御を行ってトルクモータ60に駆動電
圧を出力する。また、トルクモータ60の駆動電圧は電圧
検出回路121によって検出されるように構成されてお
り、その検出電圧は前記A/Dコンバータ109でディジタル
変換され、変換データはCPU104により、所定のサンプリ
ングタイミングをもって取り込まれるようになってい
る。

前記タイマ・カウンタ111は、トルクモータ60の回転
と連動するパルスジェネレータ90から出力されるパルス
信号PULS1,PULS2を入力して、トルクモータ60即ちボー
ルスクリューナット81の回転方向並びにその回転速度検
出、そして正逆回転に応じたボールスクリューナット81
の回転数のアップカウント及びダウンカウントを行う。
例えばトルクモータ60が右回転するとボールスクリュー
軸61が下降し、左回転すると上昇する。したがって、ボ
ールスクリューナット81の回転方向からボールスクリュ
ー軸61の昇降方向が検出され、また、ボールスクリュー
ナット81の回転速度からボールスクリュー軸61の昇降速
度が検出されることになる。さらにボールスクリューナ
ット81の正逆回転数の計数値によってボールスクリュー
軸61の昇降変位量の演算が可能になる。尚、タイマカウ
ンタ111に含まれるアップダウンカウンタは起動停止ス
イッチ100により起動が指示されるとイニシャライズリ
セットされ、このときのリードスクリュー軸61の高さ位
置が原点になる。したがって、アップダウンカウンタ
は、その位置を原点とするアーム９の昇降度に応じてア
ップカウンタとダウンカウントのいずれかを選択的に行
う。

この制御部13は操作レバー101の操作に応じたアーム
９の昇降移動並びにその速度制御を行うと共に、操作レ
バー101による昇降停止指令に従ってアームの高さを所
望位置に保持する拘束制御、そしてアーム９の可動範囲
下限における降下制限制御を行う。上記制御のための処
理ルーチンは起動停止スイッチ100により起動が指示さ
れることにより実行開始される。

なお、前記操作レバー101は、例えばポテンショメー
タに相当するものとして使用され、当該レバーの中立位
置でアームの停止、上向きでは上昇、下向きではアーム
を下降させるよう指示する。CPU14はマシンサイクル内
で割り当てられた所定のサンプリングタイミングに同期
して、操作レバー101からの指令を読み込み、これに応
じたデータをD/Aコンバータ110に与える。モータドライ
バ120はそのデータに応じて駆動電圧の位相制御を行っ
てトルクモータ60を駆動する。操作レバー101が下向き
である場合にはトルクモータ60のトルクが低下してアー
ム９は急激降下することなく降下され、操作レバー101
が上向きである場合にはトルクモータ60のトルクの上昇
より左回転されてアーム９は急激に上昇することなく上
昇する。

トルクモータ60にはアーム９の荷重と荷重の重さに応
じた負荷トルクが作用しているので、トルクモータ60の
モータトルクをその負荷トルクに応じて決定してアーム
９の昇降速度を制御するため、前記タイマカウンタ111
は例えばパルス信号PULS1の周期を計測し、CPU104がこ
れを取り込んで期待値と比較し、アーム９の昇降速度を
一定とするようにモータドライバ120をフィードバック
制御する。

操作レバー101を中立位置に戻すと、CPU104にアーム
９の停止指令が与えられる。停止指令が与えられたCPU1
04は、モータトルクと負荷トルクが釣り合って実質的に
ボールスクリューナット81の回転を停止させるようにモ
ータドライバ120の制御を行う。この制御では、タイマ
カウンタ111が計測するパルス信号PULS1の周期データを
もとに、これが実質的に０に採るように、モータドライ
バ120に駆動電圧の位相を制御させる。停止指令があっ
て、実際にアーム９の上昇状態が一定期間停止制御され
ると、そのときのトルクモータ60の駆動電圧が、電圧検
出回路121で検出され、そのA/D変換データがRAM106に退
避され、次いでパワー増幅回路114を介してソレノイド7
6を消磁して、電磁ブレーキで機械的にボールスクリュ
ーナット81をロックし、トルクモータの過熱、電力消耗
を防止する。再度アーム９の昇降が指令されると、CPU1
04はRAM106に退避されている前記駆動電圧のA/D変換デ
ータを利用してトルクモータ60の駆動状態を速やかに停
止前の状態に戻した後、ソレノイド76を励磁して、アー
ム９をモータドライブする。

前記起動停止スイッチ100により、制御部13が起動さ
れてタイマカウンタ111がイニシャライズリセットされ
ると、それに含まれるアップダウンカウンタの計数値は
表示用コントローラ112を介してモニタ用ディスプレイ1
03に逐次表示される。前記タイマ・カウンタ111は、ト
ルクモータ60の回転に連動してパルスジェネレータ90か
ら出力されるパルス信号PULS1,PULS2を入力して、ボー
ルスクリューナット81の正逆回転に応じ、ボールスクリ
ューナット81の回転数のアップカウントと及びダウンカ
ウントを行っているから、この表示はアーム９の昇降動
に従って漸次変化されるようになる。

アーム９の可動範囲下限における移動制限制御を行う
ためには、アーム９の下限位置を特定するための位置デ
ータをテンキー102で入力する。例えば実際に荷物をア
ーム９で支えて運搬して、荷物受渡地点の高さをモニタ
用ディスプレイ103で確認し、これをそのままテンキー1
02から入力する。テンキー102から入力されたデータは
例えばタイマカウンタ111の比較値レジスタに保持され
る。その後同一の荷物運搬範囲でアーム９を昇降させる
と、タイマカウンタ111はその比較値とアップダウンカ
ウンタの計数値とを逐次比較し、それが一致した場合に
は操作レバー101からの停止指令と同様の停止指令をCPU
104に割込みで与える。このようにして、アーム９の停
止位置をテンキー102の操作で設定すれば、作業者は、
大凡の目安を付けて操作レバー101を操作するだけで、
常に一定の位置（高さ）でアーム９を停止させることが
でき、したがって、製品の供給位置や搬出位置が予め決
められているパレタイズ作業やデパレタイズ作業などに
おいて、アームの停止位置を手動操作する煩わしさがな
く、ひいては作業能率を向上させることができる。

アーム９の上限の停止位置制御は第６図に示したリミ
ットスイッチ115を利用してもよいが、テンキー102の操
作による入力値による制御を採用してもよい。この場合
には下限制御用比較値レジストとは別の上限制御用比較
値レジスタを用意する。

なお前記外部バスインタフェース回路108は、荷役用
バランサがスタンドアロン的に利用される場合には、特
に必要ないが、例えば制御部13に対する初期設定データ
や荷役用バランサの異常を示すような状態信号などを生
産ラインや組み立てラインの集中管理システムとの間で
やりとりしたりするときに利用される。

以上本考案を実施例に基づいて詳細に説明したが、本
考案は実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば制御部13に設けたタイマウントはCPUの演算部
を利用してソフトウェア的に構成してもよい。そして、
制御部13の構成は可能な範囲で１チップ化して、シング
ルチップマイクロコンピュータとすることもできる。ま
た、パルスジェネレータは光の透過型に限定されず反射
型構成などの他種々の構成製を採用してもよい。

また、CPUはその能力の許す範囲で、その他の制御に
も流用することができる。例えばアーム９の移動中に
は、アタッチメントの動作をロックさせるインターロッ
ク機構、そして、トルクモータの加熱状態や過負荷状態
といったメインテナンス状態や運転状態の表示や通信制
御などに対しても利用することができる。

さらに、アームの構造としては第１平行リンク機構21
だけを採用することもでき、その構造は限定されない。

〔考案の効果〕

本考案の荷役用バランサは、トルクモータで昇降駆動
されるアームの昇降速度制御、アームの昇降停止位置保
持制御、そして、プログマブルに設定された停止位置に
対する強制停止制御を、動作プログラムに基づいてCPU
が行うから、アームの速度決定の基準にされるパラメー
タやアームの荷物交換高さ位置を示すデータなどの初期
設定値に応じて、アームの速度制御や荷物交換のための
アーム停止位置制御を任意且つ容易に行うことができ、
種々の作用要求に柔軟性をもって応えることができる。
特に、所望に設定された初期設定位置で、アームを自動
停止させることができるので、製品の供給や搬出位置が
一定にされるパレタイズやデパレタイズ作業などにおい
て、アームの停止位置を手動操作する煩わしさから開放
され、作業能率を向上させることができる。

また、CPUにつながる外部インタフェースを設けるこ
とにより、荷役用バランサに対する初期設定データや荷
役用バランサの状態信号などを生産ラインや組み立てラ
インなどの集中管理システムとの間でやりとりをして、
役用バランサをシステム的に動作させることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案に係る荷役用バランサの一実施例を示すも
のであり、第１図は一部切欠した正面図、第２図は可動
範囲の限界位置におけるアームの変形状態を示す説明
図、第３図はアームとアーム駆動部と結合構造を示す正
面断図、第４図はアーム駆動部の正面断図、第５図はパ
ルスジェネレータの概略を示す斜視図、第６図は操作部
及び制御部に着目した荷役用バランサのブロック図であ
る。 ９……アーム、11……駆動部、13……制御部、15……操
作部、21……第１平行リンク機構、23,24……横リン
ク、20,26……縦リンク、51……横溝ガイド、55……縦
溝ガイド、60……トルクモータ、61……ボールスクリュ
ー軸、81……ボールスクリューナット、90……パルスジ
ェネレータ、104……CPU、108……外部バスインタフェ
ース回路、111……タイマカウンタ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】荷物を移動するためのアームをトルクモー
   タで昇降させる形式の荷役用バランサであって、 前記トルクモータによって正逆転駆動されるスクリュー
   ナットにスクリュー軸を嵌合して同軸を昇降するアーム
   駆動部と、 前記スクリュー軸に支えられて昇降するアームと、 トルクモータの回転数、回転方向、及びそれらの遷移状
   態を取得し、これらに基づいてアームの高さ位置と昇降
   速度を演算し、その演算結果を参照しながらCPUの動作
   プログラムに基づいて、アームの昇降速度、アームの昇
   降停止、並びに停止されるアームの降下抑制を、トルク
   モータに対するトルク制御で行う制御部と、 を含む荷役用バランサ。
2. 【請求項２】前記制御部は、外部機器と情報交換を行う
   ための外部インタフェースを有する請求項１記載の荷役
   用バランサ。